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以 IVIS 系統(tǒng)為代表的小動物活體光學成像系統(tǒng)可應用于各類生物學研究、疾病模 型和相關的藥物研發(fā)過程，包括腫瘤（腫瘤的發(fā)展和轉移/腫瘤分子靶向/抗腫瘤藥 物/腫瘤相關分子機制等）、免疫及炎癥（免疫性疾病如哮喘、關節(jié)炎、過敏性腹 瀉等）、干細胞（干細胞示蹤和存活/腫瘤干細胞）、神經（神經膠質瘤及其藥物 靶向/中樞神經損傷/髓鞘損傷和修復等/斑馬魚發(fā)育等）、材料學（納米材料的代謝 和在體分布/納米材料毒理學等）。
IVIS Spectrum小動物活體光學成像系統(tǒng)是目前先進的小動物光學活體成像 系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具備最高靈敏度的2D生物發(fā)光和熒光成像功能，還同時具備3D 生物發(fā)光和熒光成像功能。其3D成像技術可實現(xiàn)對觀測對象的定量 分析，獲取2D成像無法獲取的重要生物學信息：如信號在體內的深度信息、發(fā)光 區(qū)域的體積信息、信號不同斷層面的信息、細胞數(shù)量、熒光濃度等3D精確定量信 息，3D光學成像數(shù)據還可以與其它影像結果（如CT/MRI）的數(shù)據進行融合，實現(xiàn) 功能學與結構學成像的結合，獲得成像數(shù)據。

圖：IVIS Spectrum的3D成像功能實現(xiàn)對信號進行精確定位和定量
另外，傳統(tǒng)的2D熒光成像技術對于體內深層熒光信號（如肺部、心臟等）的檢測 往往不能獲得好的結果，主要原因在于傳統(tǒng)活體熒光成像技術通常采用反射照明對 信號進行激發(fā)，激發(fā)范圍為小鼠全身，導致激發(fā)光能量過于分散而無法有效激發(fā)體 內深層部位信號，同時也造成大范圍自發(fā)熒光的產生；IVIS Spectrum具備反射照 明滿足淺層信號成像的同時，還具備的底部透射熒光成像模式，該模式在對深 層器官或組織原位腫瘤、腫瘤轉移研究、深層部位炎癥疾病研究、心血管疾病研究、 神經系統(tǒng)疾病研究及深層部位藥物分布、靶向性及藥效評價研究中具備顯著優(yōu)勢。

圖：IVIS Spectrum透射熒光成像功能能實現(xiàn)對深層組織內信號的成像和檢測

IVIS 系統(tǒng)在各研究領域的應用舉例
1. 腫瘤研究
腫瘤研究是目前應用領域之一。常用于腫瘤活體成像的光學標記方法包括： 1、利用螢火蟲熒光素酶（Firefly Luciferase）或熒光蛋白作為報告基因，通過轉基 因技術體外標記腫瘤細胞而直接觀測腫瘤的發(fā)展變化，或標記特定基因而研究腫瘤 相關基因在腫瘤發(fā)展中的作用；2、通過外源注射功能性熒光探針，觀測腫瘤發(fā)展 過程中的分子事件，進而反映腫瘤的發(fā)展變化。宏觀來說，應用小動物活體光學成 像技術進行腫瘤研究主要集中于三個方面：1、長時間監(jiān)測腫瘤生長及轉移；2、抗 腫瘤藥物靶向和藥效評價；3、癌癥分子機理研究。舉例如下：
通過左心室注射螢火蟲熒光素酶生物發(fā)光標記的MDA-MB-231乳腺癌細胞的方法 建立小鼠骨轉移模型，借助IVIS Spectrum的3D成像功能，可以對細胞在小鼠體內 的分布、轉移和發(fā)展進行成像研究，并能夠對腫瘤體積、深度以及細胞鼠進行精確 定量。

圖：IVIS Spectrum 的3D 成像功能長時程監(jiān)測心臟注射的發(fā)光乳腺癌細胞（橙色） 的骨轉移現(xiàn)象
此 外 ， 使 用 Cy5.5 、 AF750 、 VivoTag 等 熒 光 探 針 可 以 對 非 編 碼 RNA （MicroRNA）、多肽等進行標記，通過 IVIS Spectrum 可以對 MicroRNA、多肽等 與腫瘤（生物發(fā)光標記）間的相互作用進行成像觀察和靶向性研究；通過對熒光標 記藥物進行不同方式包裹（藥劑學緩釋研究）和通過不同方式進行給藥（鼻腔吸入、 口腔給藥、靜脈注射、肌肉注射等），借助 IVIS Spectrum 的 3D 成像功能，可以 對藥物的釋放、分布、不同臟器內富集和藥效評價進行精確定性和定量研究。
利用熒光素酶標記特定基因，構建特定基因-熒光素酶的共表達載體，通過熒光素 酶產生的生物發(fā)光信號反映該基因的表達情況，可以研究該基因的相關作用，例如： p53 是調節(jié)細胞正常生命活動的一種重要基因，控制著細胞周期的啟動，p53 也被

認為是一個重要的抑癌基因，有研究者將一個同時帶有致癌基因 ras、四環(huán)素反式 激活因子 tTA（‘tet-off’）及四環(huán)素依賴性 p53 shRNA 的逆轉錄病毒表達載體與熒 光素酶基因質粒共轉染從小鼠胚胎提取的成肝細胞，并將轉染細胞接種于小鼠肝臟， 借助 IVIS 系統(tǒng)可以活體觀測 p53 基因表達關閉或開啟對于肝癌發(fā)生或消亡的作用， 結果顯示當 p53 的表達被 shRNA 抑制時，通過生物發(fā)光觀測到的腫瘤信號逐漸增 強，而當給小鼠注入強力霉素（doxycycline）開啟 p53 的表達后，肝癌細胞的生物 發(fā)光信號逐漸減弱，說明 p53 的表達能夠抑制腫瘤的生長并促使腫瘤消亡。
在腫瘤靶向性研究中，研究人員利用靶向腫瘤的生物發(fā)光細菌和 IVIS Spectrum 系 統(tǒng)獲得腫瘤的精準三維圖像：通過皮下注射螢火蟲熒光素酶標記的結腸癌細胞株 （HCT116-luc2），然后尾靜脈注射細菌熒光素酶標記的 B.breve 細菌。應用 IVIS Spectrum 系統(tǒng)和 Quantum microCT 系統(tǒng)進行三維多模式成像融合，顯示細菌熒光 素酶標記 B.breve 細菌和生物發(fā)光標記 HCT116-luc2 腫瘤細胞共定位，說明非病原 性細菌可以作為載體用于癌癥靶向治療，該研究對于靶向腫瘤藥物和轉化醫(yī)學有重 要意義。

圖：a) 小鼠體內的三維多模式成像融合：B.breve 細菌（橙色， 生物發(fā)光），HCT116-luc2 結腸癌腫 瘤細胞（綠色， 生物發(fā)光）和 Quantum microCT 骨結構成像；b) 腫瘤內成像：HCT116-luc2 結腸癌 腫瘤細胞（綠色/藍色），脈管系統(tǒng)（造影劑 Exitron nano 12000-紅色）和細菌（橙色/黃色）
腫瘤的發(fā)生和轉移與腫瘤細胞所處的微環(huán)境有著密切關系，了解腫瘤微環(huán)境對于腫 瘤的診斷、防治和預后有著重要意義。利用監(jiān)測腫瘤組織缺氧的 HypoxiSense 熒光 探針與監(jiān)測腫瘤血管生成的 AngioSense 熒光試劑可以共同觀測小鼠皮下接種的人 宮頸癌腫瘤微環(huán)境；HypoxiSense 能夠特異性靶向缺氧腫瘤細胞表面上調表達的碳 酸酐酶 9（CAIX），進而表征腫瘤的缺氧區(qū)域，AngioSense 通過富集于由于腫瘤 血管新生而引發(fā)的血管滲漏區(qū)域，進而表征腫瘤的血管富集區(qū)域；定量結果顯示缺 氧部位主要位于腫瘤內部中心區(qū)。

圖：應用 3D 光學成像技術結合 HypoxiSense680 及 AngioSense750 熒光探針觀測裸鼠脂肪墊接種的 人宮頸癌腫瘤微環(huán)境， 并進行精確定量分析


2. 免疫及炎癥研究
在應用 IVIS 活體光學成像系統(tǒng)進行免疫學研究中，常用的標記方法及應用領域包 括：1、利用功能性探針監(jiān)測免疫疾病的發(fā)生發(fā)展及相關治療；2、利用熒光素酶基 因或熒光染料標記免疫細胞，監(jiān)測免疫細胞的免疫應答作用；3、利用熒光素酶作 為報告基因標記疾病相關基因構建轉基因動物，進行免疫疾病機理研究。舉例如下：
Revvity依靠強大的生物學研發(fā)團隊，成功開發(fā)出多種應用于炎性疾病監(jiān)測的功
能 性 探針 ， 如 用 于 探 測 炎性 細 胞 中髓 過 氧 化物 酶（MPO ） 的 化 學 發(fā) 光
（Chemiluminescent）探針“XenoLight® RediJect™ Inflammation Probe"、用于探測 環(huán)氧酶 2（COX-2）的近紅外熒光探針“XenoLight® RediJect™ COX-2 Probe"、用 于探測炎性細胞中組織蛋白酶（Cathepsin）的近紅外探針“ProSense 680/750"、 用于探測炎性細胞中基質金屬蛋白酶（Matrix Metalloproteinase） 的近紅外探針 “MMPSense 680/750"、用于探測嗜中性粒細胞胰肽酶（Neutrophil Elastase）的 近紅外探針“Neutrophil Elastase 680 FAST"。這些探針已被廣泛應用于各種炎性 疾病的研究中。

圖：使用 3D 光學成像技術及其精確定量功能監(jiān)測肺炎的發(fā)生及治療效果：A）利用 ProSense 750 探針觀測哮喘中組織蛋白酶的表達及地塞米松（Dexamethasone） 對哮喘的治療效果； B） 利用 Neutrophil Elastase 680 FAST 探針觀測急性肺炎（COPD）的發(fā)生及 Rolipram 的治療效果
借助新型熒光探針和 IVIS Spectrum 小動物活體光學成像系統(tǒng)，可以對炎癥或腫瘤 轉移病灶部位的髓過氧化物酶（MPO）的化學發(fā)光活性進行監(jiān)測和定量，例如： 研究人員將化學發(fā)光底物 Luminol 與近紅外量子點（Quantum dots ，QDs）進行混 合，化學發(fā)光產生的信號通過發(fā)光能量共振轉移（Chemiluminescence resonance energy transfer，CRET）的方式激發(fā) QDs 產生近紅外熒光從而被 IVIS Spectrum 系 統(tǒng)檢測到，IVIS Spectrum 所 3D 成像功能可以對 MPO 的在體分布以及不同 部位的 MPO 信號深度進行精確定量。

圖：IVIS Spectrum 系統(tǒng)可以對腫瘤轉移部位引發(fā)的炎癥 MPO 活性進行在體分布成像，其3D 成像功能可以對 MPO 信號的深度進行精確定位，對信號強度進行精確定量

在一些胃腸道疾病，如過敏性腹瀉的研究中， IVIS 系統(tǒng)可以發(fā)揮重要作用。例如： 研究人員發(fā)現(xiàn)在卵清蛋白（OVA）誘導的過敏性腹瀉模型中，Th1 inhibitory IL- 12p40 蛋白（單體或同源二聚體）的過表達其重要作用，而樹突狀細胞衍生的 IL- 12p70 蛋白（由一個 p35 單體和一個 p40 單體形成的異源二聚體蛋白）可以促使 Th1 細胞進行分化從而可能抑制過敏性腹瀉；使用熒光蛋白（如 GFP）標記 IL- 12p70 DNA 質粒，通過鼻腔吸入的方式將標記的質粒導入小鼠體內，借助 IVIS Spectrum 系統(tǒng)可以對 IL-12p70 蛋白在體內的表達（尤其是深層臟器內的表達）和 分布進行實時監(jiān)測，結果顯示鼻腔吸入 IL-12p70 DNA 質?？梢砸种七^敏性腹瀉。
關節(jié)炎研究方面，關節(jié)炎部位往往伴隨著組織蛋白酶（Cathepsin）、基質金屬蛋白 酶（MMP ）等的高表達和血管病變， 因此借助相應的功能性熒光探針， 如 Revvity公司的 ProSense 、MMPSense 、Cat K FAST 、AngioSense 等熒光探針可以對 關節(jié)炎部位的病征進行功能性靶向，再借助 IVIS Spectrum 3D 熒光成像能 力進行成像觀察和定量比較。

圖：借助各種功能性熒光探針和 IVIS Spectrum 系統(tǒng)可對關節(jié)炎進行活體成像觀察和定量研究
利用 IVIS Spectrum 還可以研究炎癥相關細胞（如巨噬細胞）對炎癥部位的靶向作 用：利用近紅外熒光膜染料體外標記腹腔中提取的巨噬細胞，熒光標記后巨噬細胞 通過尾靜脈注射人小鼠體內，使用 IVIS 系統(tǒng)可以監(jiān)測到巨噬細胞主要分布在肺部/ 肝臟內，使用 Carrageenan（角叉菜膠）在小鼠腿部誘發(fā)炎癥反應，利用 IVIS 系統(tǒng) 可以觀察到巨噬細胞很快遷移到腿部炎癥部位發(fā)揮作用，利用 IVIS Spectrum 3D 成像功能還可以對巨噬細胞的富集度進行精確定量和比較。

圖：利用 IVIS Spectrum 系統(tǒng)可以研究巨噬細胞對炎癥的靶向作用
對免疫和炎性相關基因進行研究可以揭示免疫疾病的分子機理，從而更好地了解免 疫疾病的發(fā)生發(fā)展及相關治療。研究人員通過構建各種生物發(fā)光轉基因動物模型，
結合IVIS活體光學成像系統(tǒng)，可以在活體動物水平觀測免疫疾病發(fā)展過程中相關基 因的表達。例如：NFκB是一類重要的轉錄因子，參與免疫反應的早期和炎癥反應 各階段的許多分子都受NF-κB的調控，因此，對于NFκB信號通路的研究是炎癥疾 病研究的一個熱點；研究人員利用Tg (NFκB-RE-luc)轉基因小鼠和IVIS活體光學成 像系統(tǒng)，觀測了咖啡對脂多糖（LPS）誘導的小鼠炎癥反應的抑制作用，結果顯示， 咖啡能夠抑制NFκB的表達，并激活機體的抗氧化防御，而且隨著咖啡烘焙程度的 提高，這種抑制效應越明顯。
3. 干細胞研究
干細胞研究是活體光學成像技術的應用熱點之一。在活體光學成像實驗中，常用于 干細胞光學標記的方法包括：1、利用螢火蟲熒光素酶作為報告基因，通過轉基因 技術體外轉染干細胞；2、通過親脂性熒光染料直接標記干細胞；3、從已構建好的 生物發(fā)光轉基因動物中提取干細胞，所提取干細胞即具備生物發(fā)光特性?？傮w來說， 應用IVIS Spectrum系統(tǒng)進行干細胞研究主要集中于以下幾個方面： 1、監(jiān)測干細胞 的移植、存活和增殖；2、示蹤干細胞在體內的分布和遷移；3、多能誘導干細胞、
腫瘤干細胞等新興研究。舉例如下：
干細胞移植后，活體示蹤干細胞的分布和遷徙具有重要意義。利用熒光素酶基因穩(wěn) 定轉染干細胞，報告基因不隨干細胞的分裂或分化而丟失，因此，利用IVIS系統(tǒng)的 生物發(fā)光成像功能可以長期穩(wěn)定地觀測干細胞在體內的分布和遷移。例如研究人員 利用生物發(fā)光標記的骨髓間充質干細胞靶向遷移至受損心臟進行了長期觀測：從生

物發(fā)光轉基因小鼠中提取獲得具有生物發(fā)光特性的骨髓間充質干細胞，隨后經尾靜 脈注射入心臟缺血的同品系小鼠體內，利用IVIS成像系統(tǒng)對干細胞的分布和遷移進 行長達28天的活體觀測，發(fā)現(xiàn)干細胞會特異性遷移至受損心臟并存留于心肌中發(fā)揮 修復功能；IVIS Spectrum系統(tǒng)可以對干細胞在體內的實時分布進行動態(tài)成像，其3D成像功能還可以心臟內的干細胞數(shù)量進行精確定量。
乳腺干細胞（Mammary stem cells ，MaSCs）在乳腺發(fā)育尤其是孕期乳腺的發(fā)育過 程中發(fā)揮重要作用，研究人員等利用流式細胞儀從FVB/N生物發(fā)光轉基因小鼠的乳 腺組織中篩選出表達Luciferase的乳腺干細胞（CD24+/CD29hi/GFP+/強生物發(fā)光信 號），將這些發(fā)光乳腺干細胞植入3周齡雌性小鼠乳腺（預先清除了乳腺內源上皮 細胞）中，之后利用IVIS活體光學成像系統(tǒng)對乳腺干細胞在植入后、受孕后（乳腺 干細胞植入后2~3周時刻人工誘導受孕）、幼崽出生后、哺乳期、斷奶后的活躍度 進行實時監(jiān)測和定量比較，結果顯示：乳腺干細胞的活躍度（生物發(fā)光強度）在小 鼠懷孕后迅速提升了約200倍，在幼崽出生后活躍度又迅速下降，最終活躍度下降 到一個與斷奶期持平的基線水平；另外，乳腺干細胞的活躍度與母鼠是否哺乳幼崽 直接相關，如果將剛出生的幼崽立即從母鼠身邊取走，該不哺乳母鼠體內的乳腺干 細胞活躍度將比哺乳母鼠更快地下降到一個更低水平，該研究將為研究乳腺的發(fā)育 和預防乳腺癌發(fā)揮積極作用。
在腫瘤干細胞的鑒定方面，研究者利用以IVIS系統(tǒng)為代表活體光學成像技術在活體 動物水平觀測某些細胞的致瘤性，從而確定細胞是否具備腫瘤干細胞的特性。例如 在2010年的一篇文獻報道中，研究人員利用熒光素酶通過慢病毒轉染的方式標記了 乳腺癌細胞株HCC1954，并利用流式細胞分選技術分離出帶有不同細胞表面標識 物CD24-/low/CD44+及CD24+/CD44+的兩種細胞群，而CD24-/low/CD44+被報道存 在于多種乳腺癌干細胞表面，因此，研究者進一步將兩種細胞分別接種于 NOD/SICD小鼠身體兩側的乳腺脂肪墊，利用IVIS成像系統(tǒng)觀測它們的致瘤性，結 果顯示帶有表面標識物CD24-/low/CD44+的細胞其致瘤性明顯高于CD24+/CD44+細 胞，并且當細胞接種數(shù)量少于100個時，只有CD24-/low/CD44+細胞具備致瘤性， 說明帶有CD24-/low/CD44+的細胞群中可能富含腫瘤干細胞。
2011年發(fā)表于Cell 的一篇文獻報道了根據神經膠質瘤干細胞的增殖特性，利用針對 性藥物對腫瘤進行治療。研究人員發(fā)現(xiàn)神經膠質瘤干細胞的增殖依賴于一氧化氮合 成酶2（NOS2），而普通神經膠質瘤細胞或正常神經干細胞的增殖均不依賴NOS2， 因此，研究人員設計出一個專門針對NOS2 的抑制劑，此抑制劑能夠很好地穿過血 腦屏障進入顱內移植的神經膠質瘤，并對熒光素酶發(fā)光標記的神經膠質瘤的生長具 有明顯抑制效果，經抑制劑處理的神經膠質瘤干細胞其致瘤性也大幅降低；IVIS Spectrum的3D成像功能有助于對發(fā)光腫瘤細胞進行精確顱內定位以及精確定量。
近年來，研究者陸續(xù)開始利用IVIS系統(tǒng)進行誘導性多能干細胞（iPS）的相關研究。 發(fā)表于2009年Circulation的一篇文獻報道，將經熒光素酶標記的由小鼠成纖維細胞 誘導獲取的誘導性多能干細胞，移植入免疫缺陷型裸鼠或具有免疫活性的同種異體 小鼠皮下，發(fā)現(xiàn)在后者中不會形成畸胎瘤；進一步的研究顯示將誘導性多能干細胞

移植入發(fā)生急性心肌梗塞的具有免疫活性的同種異體小鼠心臟后，細胞的發(fā)展不會 導致畸胎瘤的形成，能夠穩(wěn)定存活，并能修復受損的心臟；IVIS SpectrumD成像功能有助于對iPS細胞的在體分布進行精確定位，并可以對其存活能力和參 與組織修復過程進行定量比較。
4. 神經科學研究
在IVIS活體光學成像系統(tǒng)進行神經科學相關疾病研究中，常用的標記方法及應用領 域包括：1、利用螢火蟲熒光素酶或熒光蛋白作為報告基因，通過轉基因技術體外 轉染神經腫瘤細胞、神經干細胞等細胞，進行神經腫瘤、神經發(fā)育及細胞治療的相 關研究；2、利用熒光素酶作為報告基因標記神經疾病相關基因構建轉基因動物， 進行神經疾病機理研究；3、利用功能性熒光探針監(jiān)測神經疾病的發(fā)生發(fā)展。舉例 如下：
對于神經膠質瘤，目前常規(guī)的治療方案順序是手術、放療、藥物治療，藥物治療是 維持療效，實現(xiàn)殺滅腫瘤或是帶瘤生存的必要手段。對于腦膠質瘤來說，理想的藥 物治療是藥物可以透過血腦屏障，在腫瘤內均勻分布并且快速、高效抑制膠質瘤、 不滲入腦脊液、不影響正常腦組織，對外周組織低毒副作用，因此神經膠質瘤的治 療要求抗腫瘤藥物集中在神經膠質瘤部位，而非全腦分布。IVIS Spectrum  3D 成像功能可以對熒光標記的抗腫瘤藥物在腦膠質瘤內的靶向性進行成像和精確 定位，從而為研究腫瘤微環(huán)境對藥物釋放、藥效和藥物靶向作用提供重要作用。

圖：使用 IVIS Spectrum 可以對藥物的在體分布和對神經膠質瘤的靶向作用進行精確定位研究
朊病毒又稱蛋白質侵染因子、毒朊或感染性蛋白質，是一類能侵染動物并在宿主細 胞內復制的小分子無免疫性疏水蛋白質，因此朊病毒（Prion virus）嚴格來說不是 病毒，而是一類不含核酸而僅由蛋白質構成的可自我復制并具感染性的因子；朊病 毒能使人類神經、注意力出現(xiàn)障礙、思維陷入極度混亂狀態(tài)，使其難以完成復 雜的動作。利用 IVIS Spectrum 能對朊病毒引發(fā)的中樞神經損傷進行研究：通過給

GFAP-luc Tg 轉基因生物發(fā)光小鼠顱內注射 RML Prions ，GFAP（膠質纖維酸性蛋 白）可以表征星形膠質細胞的增生，進而反映朊病毒引發(fā)的中樞神經損傷，GFAP 與螢火蟲熒光素酶（luc）基因串聯(lián)表達，因此通過 IVIS Spectrum 的3D 成像功能 可以對 GFAP 蛋白在顱內的表達進行監(jiān)測和精確定位，從而對疾病的進展進行長 時程監(jiān)測和定量分析。

圖：使用 IVIS Spectrum 對朊病毒引發(fā)的中樞神經損傷進行精確定位和定量研究
利用 IVIS 系統(tǒng)研究神經疾病相關特異性基因的表達，能夠揭示神經疾病的分子機 理，從而為治療神經疾病發(fā)揮積極作用?？蒲腥藛T利用 TLR2-luc/GFP 轉基因小鼠， 結合 IVIS Spectrum 系統(tǒng)觀測了小鼠大腦中動脈閉塞導致的 TLR2 蛋白高表達，并 且獲得生物發(fā)光的三維圖像。

圖：使用 IVIS Spectrum 系統(tǒng)3D 成像功能研究動脈閉塞導致的TLR2 蛋白高表達和精確定位 另外，在髓鞘損傷研究過程中， IVIS Spectrum 系統(tǒng)也可以發(fā)揮重要作用。借助 IVIS 活體光學成像系統(tǒng)，研究人員使用一種可以靶向髓鞘的近紅外熒光探針 3,3-
diethylthiatricarbocyanine iodide (DBT)來研究髓鞘的損傷與修復過程：通過向小鼠 飼料中添加 Cuprizone 使得小鼠髓鞘發(fā)生損傷，熒光成像結果顯示，髓鞘損傷小鼠

顱內的 DBT 熒光信號與正常小鼠相比顯著減少；通過改善食物對髓鞘損傷小鼠進 行髓鞘修復，結果顯示，在髓鞘修復過程中，顱內 DBT 熒光信號顯著增強，且修 復 8 周小鼠的信號強于修復 4 周的小鼠；通過 IVIS Spectrum 3D 成像功能 還可以對顱內 DBT 信號進行精確定位，并對其富集程度和濃度進行精確定量。
子宮內電穿孔技術(In Utero Electroporation ，IUE)是一種利用電穿孔技術將基因引 入子宮器官內的一種技術，通過調整電極的方向可以轉染腦組織不同部位的神經元， 具有時間和空間的可控性，所以主要用于研究基因在中樞神經系統(tǒng)發(fā)育中的功能。
該技術目前的一個主要難點在于對轉染的成功率和轉染基因的表達進行精確定位， 研究人員將螢火蟲熒光素酶發(fā)光報告基因質粒和目的基因質粒的混合物共注射入大 鼠側腦室，利用 IVIS Spectrum 所 3D 成像技術，可以對顱內皮質區(qū)和海馬 區(qū)內的目的基因信號表達進行精確定位和分辨。

圖：通過 IVIS Spectrum 系統(tǒng)可以對 IUE 過程中目標基因的表達進行成像研究，其 3D 成像 功能可以精細區(qū)分出顱內皮質區(qū)和海馬區(qū)內的信號

5. 材料學研究
材料學研究是小動物活體光學成像技術的一個重要的研究領域，其主要研究方向包 括：1、生物材料的在體分布和代謝研究；2、材料（腫瘤靶向性熒光納米材料）的 腫瘤內靶向和富集研究；3、材料的毒理學研究。舉例如下：

使用 IVIS Spectrum 可以對腫瘤靶向的藥物或材料的在體分布和代謝進行定性及定 量研究。例如不同形狀的有機 Quinoline-malononitrile (QM)熒光納米探針對腫瘤的 靶向和富集作用存在差異，使用 IVIS Spectrum 可以對球狀的 QM-5 和桿狀的 QM- 2 的在體分布進行長時程成像觀察，通過 IVIS Spectrum 3D 熒光成像功能可 以對 QM 的腫瘤內富集進行精確定位和精確定量比較（精確到 pmol）。

圖：使用 IVIS Spectrum 可以對桿狀 QM-2 和球狀 QM-5 的在體分布進行檢查，其 3D 成像功 能可對 QM 的腫瘤內富集進行精確定位和精確定量比較。
納米硅顆粒（nSPs ），二氧化鈦納米顆粒（nano-TiO2 ）和碳納米管（ carbon nanotubes）等納米材料如今已經廣泛應用于食品工業(yè)、化妝品制造和藥物遞呈研 究中，尤其是 nSPs，由于其親水性強，易合成并且表面容易修飾，常被用作化妝 品和食物中的添加劑。但這些納米材料也具有潛在的生物學毒性，例如碳納米管可 像石棉一樣誘發(fā)小鼠體內間皮瘤樣病變，nSPs 可誘發(fā)小鼠嚴重肝損傷和炎癥反應。 胎兒與成人相比，其對環(huán)境中的有毒物質更加敏感，來自空氣、水體和食物中的化 學有毒物質可誘發(fā)妊娠并發(fā)癥，因此，研究這些常見納米材料的母體/胎兒毒理學 作用，對防治復發(fā)性流產、胎兒宮內生長異常等意義重大，小動物活體光學成像技 術由于其無損、直觀、可長時程連續(xù)觀測等優(yōu)勢，在該領域的研究中發(fā)揮著越來越 重要的作用。Yamashita 等使用 IVIS 系統(tǒng)研究了不同粒徑大小的納米材料對胎鼠的 富集和毒理學作用。研究人員將不同粒徑（直徑 70 nm 、300 nm 、1000 nm）的 nSPs 用 DY-676 進行熒光標記，標記后的 nSPs 通過尾靜脈注射入懷孕 16 天的孕鼠 體內，注射后 24 h 時刻使用 IVIS 系統(tǒng)對 nSPs 在母鼠和胎鼠中的分布進行活體成 像觀察，結果顯示：全部不同粒徑大小的 nSPs 均在母鼠肝臟部位有富集，而只有 nSP70 在胎盤和胎鼠內有富集，直徑較大的 nSP300 和 nSP1000 的無法進入胎盤；
將熒光標記的 nSPs 連續(xù)兩天通過尾靜脈注射入孕鼠體內（每天注射一次，每次注

射劑量為 0.8 mg），結果顯示注射了 nSP70 的母鼠體重很快開始下降，且胎鼠重 量明顯偏輕（比正常胎鼠的重量輕 10%），注射了直徑較大 nSP300 和 nSP1000 的 母鼠和胎鼠的體重均無影響，這說明 nSP70 對母鼠和胎鼠產生了明顯的毒副作用； 另外，研究人員還對 nSP70 表面用 COOH 和NH2 基團進行了化學修飾（分別得到 nSP70-C 和 nSP70-N），活體成像實驗顯示 nSP70-C 和 nSP70-N 也可以進入胎盤和 胎鼠內，但對母鼠和胎鼠的體重無影響，通過適當表面化學修飾的方法可以降低 nSPs 的毒性；研究人員還測試了 nano-TiO2（35 nm 粒徑）以及 Fullerene（富勒烯 / C60）的相關毒理作用，結果顯示 nano-TiO2 和 nSP70 一樣，會對母鼠和胎鼠產 生明顯毒性，而 Fullerene 則無明顯毒性；借助于 IVIS Spectrum  3D 成像功 能，還可以對這些熒光標記的納米顆粒在孕鼠和胎盤內的分布進行精確定位，對其 在臟器和胎盤中的富集進行精確定量（精確到 pmol）。

綜上：小動物活體光學成像技術已廣泛應用于生物學研究、疾病模型和相關的藥物 研發(fā)過程。Revvity IVIS Spectrum 系統(tǒng)作為目前先進的小動物光學活體成 像系統(tǒng)，不僅具備最高靈敏度的 2D 生物發(fā)光和熒光成像功能，還同時具備的 3D 成像功能和透射熒光成像功能；透射熒光成像功能可以實現(xiàn)對深層組織和臟 器內的弱熒光信號進行成像觀測；通過 3D 成像技術，可以獲取 2D 成像無法獲取 的重要生物學信息：信號的深度、體積、細胞數(shù)量、熒光濃度等精確定量信息， 3D 光學成像數(shù)據還可以與其它影像結果（如 CT/MRI）的數(shù)據進行融合，實現(xiàn)功 能學與結構學成像的結合；IVIS Spectrum 系統(tǒng)所代表的可以為各領 域研究提供非常豐富的圖像和影像學數(shù)據，具有顯著的適應性和必要性。